一种微型电推船舶的动力系统及其控制方法与流程

本发明属于电推船舶，具体涉及一种微型电推船舶的动力系统及其控制方法，主要针对20米以下新能源船舶。

背景技术：

1、

2、国内船舶使用清洁能源主要以lng、磷酸铁锂电池为主。目前，内河旅游船、公务船、游艇等主要以磷酸铁锂电池为动力，主要应用微型、轻型船舶上，其中微型船舶指的是20米以下的船舶，轻型船舶指的是20米～100米的船舶。

3、现有电推船舶动力系统如图1所示，其中直流稳压单元1、直流稳压单元2、辅助逆变单元1、辅助逆变单元2组成配电模块，推进逆变单元1和电机1组成推进控制系统1，推进逆变单元2和电机2组成推进控制系统2，锂电池组1和锂电池组2组成电池系统，电池系统、配电系统、推进控制系统1、推进控制系统2由能量管理系统进行统一管理。

4、配电系统组成配电系统柜，推进控制系统1由推进控制柜1和推进逆变单元柜1组成，推进控制系统2由推进控制柜2和推进逆变单元柜2组成，能量管理系统组成能量管理系统柜。

5、现有电推船舶动力系统运行流程如图2所示，动力系统运行流程为先启动锂电池组1，再启动直流稳压单元1，启动推进逆变单元1控制电机，启动辅助逆变单元1为负载供电。

6、现有电推船舶动力系统技术方案存在一定的缺陷，其一是能量管理模块、推进系统、配电模块等每个都有柜体，设备多、且设备体积大，需要足够的空间；其二是中央控制器多，虽然可靠性较好，但是对于轻型船舶运行具有冗余性，在具体应用中微型船舶的用途没有轻型船舶用途宽泛，如果用此技术方案，不仅没有足够的空间布置，并且其电缆也多，会造成船舶内部布线复杂，对后期检查维修造成困难；其三是控制流程复杂，驾控台操作按钮多，指示灯多，对船员要求严格。电推船舶实施以来，因船员错误操作导致系统故障的案例颇多，因此，电推船舶操作应更加简单，故障点少，且易排除；其四是系统成本高，点位多，硬线信号多，调试时间长，具体的为采用多个plc系统，且电机温度采集由plc采集模块采集，造成系统成本相当高，系统组态复杂，系统内部变频器的启动、停止信号全部接入plc，增加了plc点位和数字量输入/输出模块等，且每个柜体上都设有人机界面，增加了成本，以上等等都显示出成本高，控制点位多。

7、有鉴于此，本发明人提供一种微型电推船舶的动力系统及其控制方法，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种微型电推船舶的动力系统及其控制方法，本发明主要针对20米以下的微型电推船舶，根据微型电推船舶的特点将动力系统中的能量管理模块、配电模块以及检测模块进行集成控制，降低设备数量，减小设备尺寸，同时达到维护简单、故障少的目的。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一方面，一种微型电推船舶的动力系统，其特征在于，包括配电模块、能量管理模块、第一电机、第二电机、变压器及负载；

4、所述配电模块包括第一锂电池组、第二锂电池组、第一高压箱和第二高压箱，所述第一锂电池组与第一高压箱的输入端电连接，所述第二锂电池组与第二高压箱的输入端电连接；

5、所述能量管理模块包括第一推进逆变单元、第二推进逆变单元以及辅助逆变单元，所述第一高压箱的第一输出端与第一推进逆变单元的输入端相连，所述第二高压箱的第一输出端与第二推进逆变单元的输入端相连，所述第一高压箱的第二输出端通过第一二极管与辅助逆变单元的第一输入端相连，所述第二高压箱的第二输出端通过第二二极管与辅助逆变单元的第二输入端相连；

6、所述第一推进逆变单元与第一电机相连，并输出交流电给所述第一电机，所述第二推进逆变单元与第二电机相连，并输出交流电给所述第二电机，所述辅助逆变单元通过变压器与负载相连，并输出交流电给所述负载。

7、进一步地，所述第一锂电池组的放电电荷为第一电压，所述第二锂电池组的放电电荷为第二电压，当所述第一电压大于或等于所述第二电压时，则第一锂电池组通过第一高压箱与辅助逆变单元接通；反之，第二锂电池组通过第二高压箱与辅助逆变单元接通。

8、进一步地，所述第一推进逆变单元、第二推进逆变单元和辅助逆变单元分别设置有人机交互界面，所述人机交互界面均包括电连接的第一启动/停止按钮、第一故障指示灯、第一运行指示灯以及第一通讯接口。

9、进一步地，所述动力系统还包括中央处理器、检测模块、推进手柄以及驾控台人机界面，所述中央处理器与推进手柄、检测模块、能量管理模块、驾控台人机界面以及配电模块相连。

10、进一步地，所述中央处理器上设置有滤波器，所述推进手柄与中央处理器为硬线连接，所述滤波器用于采集并处理推进手柄传输的信号。

11、进一步地，所述能量管理模块的第一推进逆变单元、第二推进逆变单元以及辅助逆变单元均与中央处理器采用硬线和通讯网络冗余连接或者仅硬线连接。

12、进一步地，所述中央处理器与检测模块、驾控台人机界面以及配电模块的第一锂电池组、第二锂电池组均采用通讯网络连接，所述驾控台人机界面包括电连接的第二启动/停止按钮、第二故障指示灯、第二运行指示灯以及第二通讯接口，所述驾控台人机界面通过中央处理器显示各模块的运行和故障状态信息。

13、进一步地，所述中央处理器选用plc或单片机或arm或dsp。

14、另一方面，一种微型电推船舶的控制方法，基于所述的微型电推船舶的动力系统，包括动力系统启动的控制、动力系统停止的控制以及推进手柄的控制；

15、所述动力系统启动的控制包括：对推进手柄、能量管理模块、检测模块以及配电模块电上电后进行自检；若自检结果正常时，则在驾控台人机界面按下第二启动按钮，所述配电模块和能量管理模块分别启动，进而控制推进手柄使船舶前进/后退，同时中央处理器控制辅助逆变单元对负载供电；否则，驾控台人机界面的第二故障指示灯高亮；

16、所述动力系统停止的控制包括：船舶靠岸完成后，推进手柄处于零位；在驾控台人机界面按下第二停止按钮，所述配电模块和能量管理模块分别停止作业，同时中央处理器控制辅助逆变单元对负载停止供电；

17、所述推进手柄的控制包括：中央处理器的滤波器对推进手柄发出的信号进行采集并滤波处理，得到第一信号；在推进手柄前进时所述第一信号表示为正转信号，在推进手柄后退时所述第一信号表示为反转信号；所述正转信号或反转信号通过中央处理器发送给第一推进逆变单元和第二推进逆变单元；所述第一推进逆变单元输出第一电机对应的转速，所述第二推进逆变单元输出第二电机对应的转速。

18、进一步地，所述第一推进逆变单元输出第一电机对应的转速，第二推进逆变单元输出第二电机对应的转速包括：

19、所述第一信号为模拟量信号，由模拟量信号得出第一推进逆变单元的第一频率，根据第一频率与第一电机的额定转速的对应关系，进而得出第一电机的转速；同时由模拟量信号得出第二推进逆变单元的第二频率，根据第二频率与第二电机的额定转速的对应关系，进而得出第二电机的转速。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、1.本发明一种微型电推船舶的动力系统，该动力系统将现有技术的电池系统、多个推进控制系统以及配电系统进行集成，减少设备个数，缩小设备体积。

22、2.本发明一种微型电推船舶的动力系统，该动力系统将中央处理器由现有技术的3个以上减少为1个，通过1个中央处理器将配电模块、能量管理模块、检测模块、驾控台人机界面以及推进手柄集成控制，并采用硬线和通讯互相冗余的方式进行相连，减少了电缆铺设量，使后期维修检查更加简便。通过一个中央处理器控制，减少系统组态数量，降低系统成本40％，系统集成度更优，运行效率更高。

23、3.本发明一种微型电推船舶的动力系统，将驾控台人机界面操作按钮和指示灯由现有技术方案的3个以上，减少为最多2个，电推船舶的各集成系统状态数据及故障报警显示在驾控台人机界面，使驾控台台面简洁，船员操作方便，更加适应电推船舶市场轻型化和简单化，实现效率高、故障低、安全系数高的目的。

24、4.本发明一种微型电推船舶的控制方法，该控制方法基于本发明的动力系统，该方法通过一个中央处理器进行集成控制，优化了动力系统的控制流程，控制方法更方便、高效，同时系统运行效率提升，故障率降低，并且推进手柄控制采用手柄信号优化处理，使推进逆变单元执行中央处理器指令效率提升，相较现有技术方案提升20％。